Visão geral do sistema STARNET

Em 1997 surge a versão experimental da rede de detecção de descargas atmosféricas STARNET (Sferics Timing And Ranging NETwork). Concebida pela empresa Resolution Display Inc (RDI) a partir do programa de desenvolvimento inovativo de pequenas empresas da NASA. O sistema consiste em um conjunto de antenas receptoras que operam na frequência VLF (7 – 15 kHz) e detectam ruídos de rádio emitidos por descargas elétricas na atmosfera. Esses ruídos são denominados sferics e podem alcançar milhares de quilômetros nesse intervalo de frequência, se propagando no guia de onda delimitado pela superfície da terra e pela ionosfera. Operando em conjunto esse sistema localiza as descargas elétricas em sua área de cobertura através de um conceito desenvolvido por Lee (1986b) chamado ATD (Arrival Time Difference), ou diferença do tempo de chegada.

Hardware do sistema

O hardware do sistema é composto por duas partes: um receptor, que consiste em uma antena VLF, um pré-amplificador, um gerador de pulsos sincronizados com um GPS de altíssima precisão (milissegundos) e um conversor analógico/digital (A/D), um computador pessoal (PC) com acesso a internet; e uma estação central de computação, que funciona em um PC de alta capacidade de processamento e recebe através da internet as medidas de campo elétrico de cada receptor (formas de onda).

Figura 1: visão geral da arquitetura do sistema.
Figura 1: visão geral da arquitetura do sistema.

Processamento do sinal e localização

O sinal do campo elétrico em VLF observado é pré-amplificado e codificado pelo conversor A/D, enquanto é sincronizado temporalmente pelo GPS. Os dados digitalizados no A/D são transmitidos, através de um cabo coaxial, para o PC, que executa um algoritmo de processamento do sinal digital para remoção do ruído e identificação de candidatos prováveis a sferics. Posteriormente os dados são comprimidos e enviados à estação central de computação via internet.

Figura 2: Esboço dos componentes da antena do receptor.
Figura 2: Esboço dos componentes da antena do receptor.

Uma vez que o dado chega à estação central ele é descompactado e as formas de onda são recuperadas. Para cada par de estações, as formas de onda são comparadas através de correlação cruzada temporal e, caso a correlação seja maior que 0.98, a diferença do tempo de chegada (ATD) é calculada. Portanto para cada combinação 2 a 2 de receptores, uma ATD é obtida. Cada ATD permite diversas soluções, ou seja, um conjunto de pontos sobre o globo que representam prováveis localizações da descarga elétrica e que satisfazem o valor de ATD encontrado. Esse conjunto de pontos, geograficamente, descrevem uma hipérbole. O ponto de intersecção das hipérboles produzidas nos diferentes pares de antenas representa a posição do raio.

Atualmente a STARNET possui antenas receptoras em diversas regiões brasileiras, América Central e África (fig 3). Os produtos da rede possibilitam o monitoramento de tempestades severas com alta resolução temporal (5 minutos). Essa série de dados traz uma oportunidade original de avançar na pesquisa do ciclo hidrológico nas regiões mais ativas da Terra (África, Amazônia e ZCIT). A possibilidade de monitoramento contínuo da atividade elétrica em extensas áreas possibilitará aplicações em tempo real para as áreas de recursos hídricos, meteorologia, segurança na aviação e setor energético.

Figura 3: Localização das estações.

Lista de publicações relacionadas a STARNET

As seguintes publicações ou relatórios submetidos e ou publicados descrevem trabalhos que utilizaram de alguma forma os dados de descargas atmosféricas da rede STARNET:


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